Morphological and functional evaluation of Intermediate Age-related Macular Degeneration in the scope of the Epidemiological Coimbra Eye Study

Abstract

Introdução: A degenerescência macular relacionada com a idade (DMI), uma das principais causas de perda irreversível da visão em adultos mais velhos, é atualmente considerada uma doença neurodegenerativa da retina. Através de análise histopatológica e de tomografia de coerência ótica de domínio espectral (SD-OCT), alguns estudos demonstraram que, para além das alterações existentes no complexo RPE/coriocapilar, também é possível identificar degenerescência ao nível da retina interna em estádios iniciais da doença. Desta forma, o objetivo do nosso trabalho é realizar uma avaliação morfológica quantitativa detalhada de todas as camadas da retina e coróide em olhos com estádios iniciais de DMI, bem como correlacioná-la com dados clínicos e microestruturais, numa coorte de participantes retirada do estudo de base populacional de Coimbra relativo à DMI (Coimbra Eye Study-CES). Métodos: Estudo transversal de base populacional. Todos os doentes incluídos no estudo de Incidência da DMI do CES (NCT02748824) com DMI precoce (estádios 2a, 2b e 3 da classificação de Roterdão) foram elegíveis para a presente análise. Todos foram submetidos a avaliação por SD-OCT com Spectralis HRA+OCT (Heidelberg Engineering, Germany) e os exames foram enviados para um centro de leitura para classificação. Neste estudo, a segmentação automática de oito camadas da retina foi aplicada à imagem completa do volume macular recorrendo ao programa Heidelberg Eye Explorer. Todas as camadas segmentadas foram revistas e corrigidas manualmente quando necessário. A espessura média dos círculos maculares central, interno e externo da grelha ETDRS, bem como o volume macular, foram extraídos para cada camada retiniana. A espessura subfoveal da coróide foi medida manualmente no mesmo programa. Recorrendo a modelos mistos lineares, foram procuradas diferenças para cada camada retiniana ao longo dos estádios de DMI precoce. Adicionalmente, foram avaliadas possíveis associações entre a espessura das camadas retinianas e a camada RPE/Bruch, a melhor acuidade visual corrigida (MAVC) e alterações qualitativas da retina no SD-OCT, com recurso a análises de regressão linear multivariada corrigidas para a idade, género, estado refrativo e estádio de DMI. Resultados: Uma coorte de 347 olhos obtida de 234 doentes foi elegível para análise. A idade média dos doentes foi de 74.5±7.0 anos e 63.7% (149) eram do sexo feminino. Para avaliar as diferenças na espessura das camadas retinianas nos estádios de DMI precoce todos os olhos foram incluídos: 286 (82.4%) no estádio 2a, 20 (5.8%) no 2b e 41 (11.8%) no estádio 3. Através de modelos mistos lineares e depois de testar para diferenças aos pares entre os diferentes estádios de DMI separadamente por círculo macular, encontrámos uma tendência global para a diminuição da espessura das camadas internas da retina com o aumento do estádio, especialmente quando comparado o estádio 3 com o 2a: GCL (círculo interno; p=0.003), IPL (círculo interno; p=0.002) and ONL (círculo central; p=0.002). Por outro lado, a espessura da camada RPE/Bruch foi superior no círculo central no estádio 3, comparando com os estádios 2a e 2b (p=0.0001, p=0.002). Foram encontradas associações entre as espessuras das camadas da neuroretina com a RPE/Bruch, depois de selecionado o pior olho por doente (234 eyes: GCL(β=0.299,p<0.001), IPL(β=0.387,p=0.044), OPL(círculo central:β=-0.182,p=0.04; círculo interno:β=0.200,p=0.012), ONL(β=0.218,p<0.001) and PRL(β=1.098,p<0.001)). Os pseudodrusen foram associados a uma diminuição da espessura da camada RPE/Bruch e da coróide (p<0.05), enquanto que os focos hiperrefletivos se associaram a um aumento da espessura das camadas INL e RPE/Bruch (p<0.05). Um valor inferior de MAVC foi relacionado com uma menor espessura das camadas ONL e IPL, mas com uma maior espessura das camadas PRL e INL no círculo macular central (p<0.05). Discussão/Conclusão: Demonstrámos, numa grande coorte de doentes, que as alterações na retina interna são observadas precocemente na DMI, para além das alterações expectáveis na retina externa. Foi detetada uma diminuição da espessura de diversas camadas da neuroretina nos estádios precoces, nomeadamente com a progressão do estádio, sugerindo que a avaliação quantitativa da retina interna pode constituir um biomarcador de progressão da doença. Estes achados sustentam a existência de neurodegenerescência já em estádios iniciais de DMI. As associações encontradas entre a espessura/volume de algumas camadas neuroretinianas com a camada RPE/Bruch, sugerem que estas se relacionam proporcionalmente. Confirmámos, ainda, que os pseudodrusen constituem biomarcadores de um fenótipo específico de DMI relacionado com coróides mais finas, enquanto que os focos hiperrefletivos estão associados a um aumento da espessura da camada RPE/Bruch. As repercussões funcionais estão presentes já em estádios iniciais de DMI.

Introduction: Age-related macular degeneration (AMD), a leading cause of irreversible vision loss in older adults, is today regarded as a neurodegenerative disease of the retina. Studies using histopathological and SD-OCT analysis have shown that there is progressive degeneration of the inner retina in the early stages of the disease, along with the changes in the RPE-choriocapillaris complex. The purpose of our study is to accomplish a detailed quantitative morphological evaluation of all retinal layers and choroid in early AMD-staged eyes and to correlate with clinical and microstructural data, in a cohort of participants from the AMD Coimbra Eye Study. Methods: Population-based, cross-sectional study. All patients included in the Incidence AMD Coimbra Eye Study (NCT02748824) and with early AMD (Rotterdam system stages 2a, 2b, and 3) were eligible for the present analysis. All were submitted to SD-OCT examination with Spectralis HRA+OCT (Heidelberg Engineering, Germany) and the exams sent to a centralized reading center for classification. In the present study, automatic segmentation of eight retinal layers was applied to the complete macular volume scan of the included eyes using the Heidelberg Eye Explorer software. All segmented layers were reviewed, and manual correction was performed whenever necessary. The mean retinal thicknesses from the central field, from the inner and outer circles of the ETDRS grid, as well as the macular volume, were obtained for each retinal layer. Subfoveal choroidal thickness was measured manually in the same software. Using linear mixed models, we tested for differences in each retinal layer thickness across early AMD stages. Additionally, associations between the thickness of retinal layers and the RPE/Bruch layer, best-corrected visual acuity (BCVA), and qualitative SD-OCT features, were assessed by stepwise multivariate linear regression analysis, while adjusting for age, gender, refractive status, and AMD stage. Results: A cohort of 347 eyes from 234 patients was eligible for analysis. The mean age was 74.5±7.0 years, and 63.7% (149) were female. To assess for differences in retinal layers thickness across early AMD stages all eyes were included: 286 eyes (82.4%) in stage 2a, 20 (5.8%) in 2b, and 41 (11.8%) in stage 3. With linear mixed models and after testing for pairwise differences between AMD stages separately for each macular circle, we found a global tendency for lower thickness of inner layers with higher stage, especially when comparing stage 3 to stage 2a: GCL (inner circle; p=0.003), IPL (inner circle; p=0.002) and ONL (central circle; p=0.002). In contrast, the RPE/Bruch layer was thicker in the central circle in stage 3, compared to 2a and 2b (p<0.001, p=0.002). Associations between neuroretinal layers and RPE/Bruch layer thicknesses were found, after selecting the worst eye per subject (234 eyes: GCL(β=0.299,p<0.001), IPL(β=0.387,p=0.044), OPL(central circle:β=-0.182,p=0.04; inner circle:β=0.200,p=0.012), ONL(β=0.218,p<0.001) and PRL(β=1.098,p<0.001)). Pseudodrusen were associated with thinner RPE/Bruch layer and choroid (p<0.05). Hyperreflective foci were associated with thicker INL and RPE/Bruch (p<0.05). Lower BCVA was associated with thinner ONL and IPL and with thicker PRL and INL in the central circle (p<0.05). Discussion/Conclusion: We demonstrated in a large cohort of patients that changes in the inner retina are observed early in AMD, in addition to the expected changes in the outer retina. Thinning of several neuroretinal layers were detected in the early stages, and further decreased in thickness by stage severity, suggesting that quantitative analyzes of the inner layers may serve as biomarkers of disease progression. These findings support the existence of neurodegeneration in the early AMD stages. The associations found between thickness/volume of some neuroretinal layers and the RPE/Bruch layer suggest that they are proportionally related. Pseudodrusen were confirmed as biomarkers of an AMD specific phenotype related to thinner choroids, but also to thinner RPE/Bruch layer, and hyperreflective foci were associated with a thicker RPE/Bruch layer. Functional repercussions were also present in early AMD stages.